强天气威胁指数(Ⅰ)在景德镇市暴雨中的应用

陈 鲍 发

(景德镇市气象台,333000,景德镇,江西)

强天气威胁指数(Ⅰ)在景德镇市暴雨中的应用

陈 鲍 发

(景德镇市气象台,333000,景德镇,江西)

使用南昌站探空资料，计算出1998-2008年10年中I的气候分布特征，统计出2005-2008年景德镇市23次暴雨过程中I 的平均场，最后与2010-2012年江西几次强暴雨过程中的I 分布进行了对比分析，结果表明：暴雨发生前24 h，由江西、湖南南部有I高能舌经赣东北地区伸向安徽与江苏省北部，景德镇市处在伸展的高能舌内。在长江中下游N30°附近有明显的I 锋区，景德镇市处东段锋区内。暴雨发生时，处景德镇以南的南昌、衢州I值明显增强，而处景德镇以北的武汉、安庆的I值则有所降低，导致景德镇所处的I锋区的强度增强。暴雨结束后，不稳定能量得到充分释放，I明显减弱。个例分析表明，强暴雨区主要出现在I大值区以北1～2个纬距内的I强锋区中或大值区的北部边缘。

暴雨；强天气威胁指数(Ⅰ)；空间分布特征

0 引言

天气学的发展是一个应用物理问题，清楚地认识本地区各物理量场的空间结构，对做出准确的预报有较大帮助。尤其是在灾害性天气过程的预报中，应用物理意义明确且有一定指示意义的物理量，对提高预报成功率有较好地帮助。

强天气威胁指数(以下简称Ⅰ)，是美国龙卷预报中的一个常用指标，近年来在我国的强对流天气中得到广泛的应用。李艳[1]等在分析南京雷暴分级潜势预报中计算了强天气威胁指数与雷暴的相关系数，正相关，相关系数0.32，并将Ⅰ引入预报方程，得到良好效果。张慧婵[2]在分析广州白云机场雷雨大风时，计算了不同类型的合成Ⅰ场，结果表明所有类型个例的Ⅰ平均值都>250,其中风速切变型的Ⅰ平均值>=300，对雷雨大风有较好的预报意义。韩宁[3]等在研究陕甘宁三省5-9月短时强降水的特征时，Ⅰ表现明显，接近300，这也说明了在我国北方，Ⅰ与强降水的关系也密切。张艳玲[4]等利用数值模拟结果计算的有效位能、强天气威胁指数，对强对流天气都具有很好的指示意义。蒋立辉[5]等指出，强天气威胁指数大小在某种意义上能够良好地反映出强对流天气发生的强弱程度。易笑园[6]等指出：Ⅰ很好地衡量强热力和强动力条件、强热力加上弱动力条件下强对流天气的剧烈程度，有很高的实用性。张霞[7]等在分析郑州雷电时指出：Ⅰ值的增大有利于雷电活动的出现，Ⅰ>=180的值域范围与雷电活动的出现关系密切。

通过作者多年的业务实践，发现Ⅰ不仅对龙卷、冰雹等强对流天气有参考价值，而且，对暴雨的预报也有一定的参考价值。为研究Ⅰ与暴雨的相关性，本文收集1998-2008年近10年以来Ⅰ 资料，以南昌站为例，研究Ⅰ在江西中北部的气候特征；然后计算了2005-2008年4年以来景德镇市23场暴雨天气过程中Ⅰ的平均场，分析了Ⅰ在景德镇市暴雨过程中的临界值与空间分布特征，其结果可为提高景德镇市暴雨预报准确率提供参考依据。

1 Ⅰ的定义及气候特征

1.1Ⅰ的定义

强天气威胁指数定义为：Ⅰ=12D+20(T-49)+4fs+2f5+125(S+0.2)。

D为850 hPa温度露点(℃)，若D是负数，取值为0；T=850 mb温度、露点的和减去500 mb温度的2倍，若T<49，则20(T-49)项等于0；fs为850 hPa风速(m/s)；f5为500 hPa风速(m/s)；S为Sin(500 mb风向-850 mb风向)；切变项125(S+0.2)在下列任一条件下为0：1)850 hPa风向在130°～250°之间；2)500 hPa风向在210°～310°之间；3)500 hPa的风向减850 hPa的风向为正；4)850 hPa的风速及500 hPa的风速至少等于15 nmile/h。I反映了不稳定能量与风速、风向切变对风暴强度的综合作用，Ⅰ量值越大，发生龙卷或强雷暴的可能性越大。相关研究[2]表明：发生龙卷时，Ⅰ的临界值为400，发生强雷暴时的临界值为300，Ⅰ从风速、风向切变出发，体现了气体涡旋切变的特性，对背景风场的突变有一定跟踪作用。

1.2南昌Ⅰ的气候特征

表1 南昌站强天气威胁指数(Ⅰ)平均月分布

从表1看到，Ⅰ有明显的月变化，6月、7月、8月最大，达200以上，最大是7月平均可达258.5。11月至来年1月最小，平均都在110以下，最低是12月，月均为102.1。这个气候特点与江西省中北部冬夏分布相似，最炎热的6-8月Ⅰ指数平均最大，最寒冷的11至1月Ⅰ最小。即夏季最易出现强雷暴、龙卷等强对流天气，而冬季最不易发生强雷暴。但从各月极端最大值可以看到，全年各月Ⅰ的极大值都在350以上，都远大于发生强雷暴的临界值300。这也表示随着天气系统的不同分布，在江西中北部全年都有可能出现对流性天气，这也与观测事实相符。同时从表1还可以看到，Ⅰ的变化范围大，同1个月内，最大值与最小值之差可达300以上。这说明不同天气条件下，Ⅰ变动剧烈、敏感，对预报有一定的指示意义。

2 景德镇市暴雨过程中Ⅰ空间分布

2.1暴雨前

从景德镇市暴雨前24 h的Ⅰ平均空间分布(图1a)看到，在湖南省中南部、江西省南部、广西与贵州交界处附近有280以上的大值区。N30°以北Ⅰ随纬度增加而减少，N30°以南5～7个纬度内Ⅰ随纬度降低而明显增大，从而在N30°附近有明显的Ⅰ锋区，景德镇处东部锋区内。同时由江西、湖南南部Ⅰ大值区经赣东北地区伸向安徽、江苏省北部，形成明显的舌状分布，景德镇市处在伸展的高能舌内。这种类似的舌状分布，在江西省暴雨前各物理量的反映中[8-10]非常常见，暴雨、大暴雨落区经常在高能舌内或附近地区。景德镇市以南的南昌Ⅰ为264、邵武为266，东南方的衢州为252，北方的安庆明显减少，为229。陕西省、河南省西南部至湖北省西部有Ⅰ低值区向南扩展，并形成较明显“V”状，低值中心在延安，Ⅰ为145。

2.2暴雨中

景德镇市暴雨发生时(图1(b))，Ⅰ大值区整体有所东移南压，浙江、福建、广东等省沿海台站的Ⅰ明显加大，增至270～290。30°附近的Ⅰ锋区由东西向转为东北-西南向，锋区强度增强，主要表现为N30°以北Ⅰ降低，武汉、宜昌、鄂西由229、194、222分别降至207、190、212。而N30°以南的大值区却在增加，南昌、邵武、赣州由264、266、289分别增至279、291、305。在暴雨前至暴雨发生Ⅰ的24 h变化场(图2(a))中看得更加清楚，江西及浙江、福建、广东东南沿海Ⅰ明显增加，而安徽、湖北、湖南、贵州、广西等地Ⅰ则明显减小，导致从安徽东北部-江西西北部-湖南西南部-广西有密集的东北-西南向Ⅰ的24 h变化锋区。Ⅰ的24 h变化中增强最大的是浙江省西部、北部与福建、广东沿海，减弱最明显的是湖北东部、广西、贵州等地。景德镇市以南的南昌、邵武、衢州等站Ⅰ增强了15～48，而北面的安庆却降低了4。

图1 景德镇市暴雨过程中Ⅰ空间分布

2.3暴雨后

景德镇市暴雨过后(图1(c))、(图2(b))，整个华中、华东、华南Ⅰ有明显减弱，其中江西中部、南部与湖南省中部减弱最明显，Ⅰ由270～305减至210～220，普遍降低了50～59。Ⅰ锋区有所南压，主要锋区位于安徽-江西中北部-湖南、贵州中部；锋区强度也明显减弱，N30°以南的长沙、南昌与以北的武汉、安庆的差值由暴雨发生时的57、54降至28、32。Ⅰ大值区(250～260)仅在福建与广东沿海有反映，江西、湖南、贵州等地都降至230以下，长江以北的台站也全部降至200以下。这些都表明经过剧烈的降水，不稳定能量得到了充分释放，Ⅰ值显著降低。

图2 景德镇市暴雨过程中Ⅰ的24 h变化

从以上分析看到，在景德镇暴雨发生前24 h，由江西、湖南南部有Ⅰ高能舌经赣东北地区伸向安徽、江苏省北部，景德镇市处在伸展的高能舌内。南昌、长沙有Ⅰ平均强度达260以上，安庆、武汉在220附近，这样在长江中下游N30°附近有明显的Ⅰ锋区，景德镇市处东段锋区内。暴雨发生时，处景德镇以南的南昌、衢州Ⅰ明显增强，特别是衢州,增长幅度达到了48，而处景德镇以北的武汉、安庆的Ⅰ则有所降低，武汉更是降低了22，从而导致景德镇所处的Ⅰ锋区的强度增强，景德镇处Ⅰ大值区以北1～2个纬距内。景德镇暴雨结束后，Ⅰ明显减弱，其中南昌、长沙降低了50以上，不仅景德镇以南的Ⅰ明显减弱，处景德镇以北的安徽、湖北、江苏等地也明显减少，Ⅰ值普遍降到了200以下。

3 Ⅰ在强暴雨过程中的表现

2010年5月17-18日，景德镇市出现了连续暴雨，过程平均面雨量111.8 mm，最大臧湾乡达182.2 mm(图3)。2010年6月19-20日鹰潭、抚州部分地区降雨量达500 mm以上，导致抚州唱凯大堤决口(图4(a)、(b))。2010年7月15日凌晨，景德镇市突发强降水，短短8 h降水量达200 mm以上，其中丽阳乡1 h雨量超过100 mm，为此景德镇市气象台首次发布暴雨红色预警(图4(c))。2012年8月10日，受11号台“海葵”影响，景德镇市日雨量达369 mm，浮梁县392 mm，创下有气象记录以来最高值(图4(d))。为研究Ⅰ在暴雨、大暴雨或特大暴雨过程中的指示意义，以下对上述几次过程的Ⅰ与雨量分布，结合1、2的研究成果进行比对。

图3是2010年5月17-19日Ⅰ的空间分布图，5月17日怀化、长沙、南昌的Ⅰ指数高达408、396、371，衢州也达到了349，比景德镇暴雨发生时的平均值强了许多，其中怀化、长沙更是超出了100以上。景德镇以北的武汉、安庆的Ⅰ指数较历年均值也有所增强，景德镇处Ⅰ指数的强锋区内。18日长沙、南昌的Ⅰ指数仍高达371和369，衢州更是增至414，而同时武汉、安庆则明显减小，降至200左右，景德镇处于Ⅰ指数大值区以北1～2个纬度以内锋区中，而且随着暴雨出现，锋区明显增强。19日暴雨过程结束，Ⅰ值明显减弱，武汉、安庆降至52、17，南昌降至205，贵阳、怀化、长沙都降至200以下。暴雨发生、结束都与景德镇暴雨Ⅰ指数的平均状态相似，主要区别是暴雨发生时景德镇以南的南昌、衢州及西南的怀化等地Ⅰ指数更强，都在300以上，有些甚至超出平均值100以上。而从暴雨强度而言，此次暴雨过程也是景德镇近10年最强的暴雨过程之一，江河水位上涨并接近警戒线。这表示Ⅰ值的大小对暴雨强度也有一定的指示意义。而且暴雨结束后，Ⅰ指数减弱得更明显，贵州、湖南降至200以下，而北部的安徽、湖北更是降至100以下，也表明Ⅰ指数在强暴雨过程中反映更加突出。

图3 2010年5月17-19日Ⅰ指数分布与雨量

图4(a)和图4(b)是2010年6月19-20日Ⅰ的空间分布与雨量叠加图，从19日图中可以看到Ⅰ指数大值区(300以上)较景德镇暴雨发生时平均位置稍偏南，虽然南昌也有282，但与赣州377、长沙360、邵武336均有明显差距，即南昌站处于Ⅰ指数强锋区中，而且衢州仅有67，表明赣东北Ⅰ指数偏低，根据本文前面分析的结论，强暴雨区出现在Ⅰ大值区以北1～2个纬距内的Ⅰ强锋区中，即此时的强暴雨雨带应主要位于赣西北与赣中(南昌与浙赣铁路沿线)，自南昌向东南方向倾斜。而景德镇处于Ⅰ锋区的北部和西北部，不在主要的锋区之中，在锋区的边缘以北，所以降水强度不大，而图4中实况雨带的分布与分析吻合。20日Ⅰ指数大值区南压，大于300的Ⅰ指数位于赣中以南地区，相对应强雨带也有所南落，位于赣中和赣南北部。此时衢州的Ⅰ指数仅有219，表明赣东北地区Ⅰ值较小，处于Ⅰ强锋区以北，无明显强降水。

此次过程可以看出，6月19日Ⅰ指数大值区位于赣中北部、赣西、湖南、贵州的中南部、福建与两广的中北部，强度大，贵州、怀化、长沙分别高达452、433、360，远大于景德镇暴雨时的平均场，并较2010年5月17至18日Ⅰ强度还要大，这也在一定程度上反映了此次暴雨过程的总体强度更强。而衢州Ⅰ指数明显偏弱，强降雨未能东升、北进，导致位于赣东北北部的景德镇市仅出现了小到中雨。而在2010年此次暴雨预报过程中，根据数值预报，景德镇市气象台给出了暴雨、部分大暴雨的预报，与实况相比出现了明显预报失误。Ⅰ指数分布特征对暴雨落区预报不仅有明显的指示意义，而且在一定程度上可以弥补数值预报的不足。

2010年7月15日(图4(c))，南昌Ⅰ为280，安庆Ⅰ为223，这二站之间的Ⅰ锋区强度与景德镇市暴雨平均值接近，但衢州为428，比暴雨平均值300高出了128，就是与2010年5月18日414相比还高14，表明衢州与安庆之间的锋区强度很强，景德镇市处于Ⅰ的强锋区之间，出现了近10多年以来最强的短时特大暴雨过程。而且主要锋区位于安庆与衢州之间，呈西北-东南向，实况强降水回波的走向(图略)也是不断从西北初生，在移向东南方向时不断增强，从而在景德镇市区附近形成了明显的“列车效应”。这表明Ⅰ锋区的强度、值的大小不仅对降水强度有一定的指示意义，还对雨团的移动方向有指示作用。而此次强暴雨过程预报，也是景德镇市气象台多年来罕见失误个例。

2012年8月10日(图4(d))，南昌Ⅰ为290，衢州Ⅰ为290，安庆Ⅰ为227，3站之间有明显的Ⅰ锋区，强度与景德镇市暴雨平均场接近，但景德镇市却出现了超历史的特大暴雨。而此次过程是台风暴雨，由于Ⅰ反映的是不稳定能量与风速、风向切变对风暴强度的综合作用，而台风暴雨多为稳定的层状云降水回波，所以在台风暴雨过程之中Ⅰ有反映，但是不如一些对流性强降水过程来得明显。

图4 近几年发生在江西3次强暴雨过程的Ⅰ指数分布与雨量叠加

4 结论

本文计算强天气威胁指数(Ⅰ)的气候特征，描绘出了景德镇暴雨过程中Ⅰ平均空间分布图，并对几次强暴雨过程中Ⅰ的分布情况进行了对比分析，主要结论如下。

1)Ⅰ有明显的月变化，6月、7月、8月最大，达200以上，最大是7月平均可达258.5。11月至来年1月最小，平均都在110以下，最低是12月，月均为102.1。

2)在景德镇暴雨发生前24 h，由江西、湖南南部有Ⅰ高能舌经赣东北地区伸向安徽、江苏省北部，景德镇市处在伸展的高能舌内。在长江中下游N30°附近有明显的Ⅰ锋区，景德镇市处东段锋区内。暴雨发生时，处景德镇以南的南昌、衢州Ⅰ明显增强，而处景德镇以北的武汉、安庆的Ⅰ则有所降低，导致景德镇所处的Ⅰ锋区的强度增强。暴雨结束后，不稳定能量得到充分释放，Ⅰ明显减弱。

3)在景德镇暴雨的落区中，强暴雨区主要出现在Ⅰ大值区以北1～2个纬距内的Ⅰ强锋区中，后与几次强暴雨过程对比发现，Ⅰ大值区的北部边缘地带也会有强暴雨发生。

4)个例分析表明，Ⅰ指数的分布特征不仅对暴雨落区预报有较好的指示意义，而且在一定程度上可以弥补数值预报的不足。

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ApplicationonSWEATIndexinHeavyRainStormsofJingdezhenCity

CHEN Baofa

(Jingdezhen Meteorological Bureau,333000,Jingdezhen,Jiangxi,PRC)

By using air sounding data of Nanchang,this article shows the characteristics of distribution of climatic Ⅰ from 1998 to 2008 and the average Ⅰ of 23 heavy rain storms from 2005 to 2008 was calculated which lead to some conclusions by comparing with the distribution of Ⅰ of several storms from 2010 to 2012.24 hours before the storms,Jingdezhen is located in the in east high-level zone of Ⅰ near 30°N,which stretches from the south of Hunan and Jiangxi to Anhui and Jiangsu.When the heavy rain happens,the Ⅰ fronts over Jingdezhen enhance for the reason that it increases over Nanchang and Quzhou while decreases over Wuhan and Anqing.After the storms,the unstable energy is fully released and Ⅰ decreases obviously.Case analysis also support the conclusion that heavy rain fall occurs in the Ⅰ front which locates in the north of high level zone or the northern fringe of high level zone.

heavy rain;meteorological indexes;characteristics of distribution

2014-07-29;

2014-09-05

陈鲍发(1972-),男,硕士,高级工程师,主要从事气象预报方面的工作。

2013年中国气象局预报员专项(CMAYBY2013-037)；中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室2012年开放课题(2012LASW-B01)共同资助。

10.13990/j.issn1001-3679.2014.05.008

P458.1+21.1

A

1001-3679(2014)05-0600-06